Exercice III-3 : Excitation et ionisation d`un atome d`hydrogène. Enoncé
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Exercice III-3 : Excitation et ionisation d`un atome d`hydrogène. Enoncé
Chimie Excitation et ionisation d’un atome d’hydrogène Exercice III-3 Exercice III-3 : Excitation et ionisation d'un atome d'hydrogène. Enoncé 1- Schématiser sur une échelle d'énergie les 4 premiers niveaux d'énergie de l'atome d'hydrogène. 2- Un atome placé dans un rayonnement très intense tel que celui d'un laser peut non seulement absorber un photon mais en absorber 2 ou plusieurs. 2a- Vers quel niveau sera porté un atome H initialement à l'état n = 2 s'il absorbe un seul photon de fréquence égale à 4,56 1014 Hz ? Quels sont les états correspondant à cette énergie ? 2b- Combien de photons du rayonnement précédent devra-t-il absorber pour être ionisé? 2c- Quelle sera l'énergie de l'électron éjecté ? 2d- Comment s'effectue ce processus ? Page 1 Claude ANIES EduKlub S.A. Tous droits de l’auteur des œuvres réservés. Sauf autorisation, la reproduction ainsi que toute utilisation des œuvres autre que la consultation individuelle et privée sont interdites. Chimie Excitation et ionisation d’un atome d’hydrogène Exercice III-3 Correction : 1- Les niveaux énergétiques électroniques de l’atome d’hydrogène sont quantifiés par le nombre quantique principal n, entier naturel non nul : Z E n = − R Ry H n 2 . 2a- L’énergie du photon émis ou absorbé est égale à un écart énergétique entre 2 niveaux d’énergie « permis » :. On obtient la formule de Ritz : 1 1 1 1 hυ = − R Ry 2 − 2 = − 13, 6 ⋅1, 6 ⋅10 −19 2 − 2 n n 2 2 i i en Joule ! On trouve n = 3 ; il y a donc 9 fonctions d'onde associées à ce niveau énergétique : ns, np (3 fonctions d'onde) et nd (5 fonctions d'onde). 2b- Pour ioniser l'atome à partir de n = 2, il faut fournir une énergie supérieure à : E2 = − R Ry 2 2 = 3, 4 eV ; 1 photon a une énergie de 1,89 eV et 2 photons une énergie de 3,78 eV ; il faut donc que l'atome absorbe 2 photons pour être ionisé ; 2c- Le surplus d'énergie (0,38 eV) est transmis à l'électron sous forme d'énergie cinétique : soit une vitesse v = 3,65.105 m/s 2d- C'est le phénomène d'ionisation. Page 2 Claude ANIES EduKlub S.A. Tous droits de l’auteur des œuvres réservés. Sauf autorisation, la reproduction ainsi que toute utilisation des œuvres autre que la consultation individuelle et privée sont interdites.